專利名稱：不耗能的提前持久放電的防雷方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防雷方法及防雷設(shè)備，尤其是一種不耗能的提前持久放電 的防雷方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
防(避)雷的實質(zhì)，是使空間電荷(包括雷云電荷、雷電電荷、雷云周圍 的電荷)與地電荷的中和過程發(fā)生在人為設(shè)置的防雷設(shè)備電路中。富蘭克林早
在1752年首先發(fā)明了避雷針(設(shè)備)，使下行雷電閃擊至避雷針接閃器附近時 被吸引到接閃器頂端，經(jīng)避雷針及其接地電路導(dǎo)入大地，實現(xiàn)了避雷。這種避 雷稱為被動避雷，避雷設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單，不耗能，避雷效果不夠理想。后來， 匈牙利物理學(xué)家斯奈德發(fā)明了主動避雷的方法及其相應(yīng)的避雷設(shè)備，這種避雷 設(shè)備的接閃器有放射源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，消耗放射源的a射線的能量來實現(xiàn)長久 的產(chǎn)生空氣等離子的過程，而空氣等離子密度達到一定程度時能夠?qū)щ?，可?較遠處誘導(dǎo)下行雷電擊往放電針，但是空氣等離子很不穩(wěn)定，會在較短的時間 內(nèi)復(fù)合成中性空氣分子。其避雷效果較好。再后來，歐洲人發(fā)明了另一種主動 避雷方法及其相應(yīng)的避雷設(shè)備(例如法國的伊麗達、衛(wèi)星防雷設(shè)備)，該設(shè)備的 接閃器較復(fù)雜，內(nèi)有因下行雷電將至而激發(fā)尖端放電的電路，不耗能(人工創(chuàng) 造的能量)而依靠下行雷電的電場能可在雷電閃擊到達前的數(shù)十微秒鐘內(nèi)受激 觸發(fā)產(chǎn)生尖端放電，生產(chǎn)出空氣離子，可誘導(dǎo)下行雷電自較遠的上空閃擊至接 閃器的放電針尖端，達到防雷效果。經(jīng)對比可看出三種避雷各有不足之處，需 要改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供不耗能的提前持久放電的防(避)雷方法及以該方法 為依據(jù)而制造的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)簡單的避雷設(shè)備，借助該設(shè)備即可在上空的雷云發(fā) 生對地閃擊之前就自動產(chǎn)生了不耗能的提前持久放電、向上空輸送大量的與雷 云主體電荷異號的空氣離子，達到不耗能的提前持久放電的防雷效果。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
① 在雷云電荷電場中防雷設(shè)備的受感金屬球狀體受感應(yīng)而產(chǎn)生的與雷云電 荷異號的感應(yīng)電荷匯聚到底端聯(lián)接在其上表面并指向上空的防雷金屬放電針的 頂端，該受感金屬球狀體受感應(yīng)而產(chǎn)生的與雷云電荷同號的感應(yīng)電荷則經(jīng)防雷 設(shè)備的接地金屬體流入大地，實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的靜電感應(yīng)過程；
② 雷云電荷在地表上的電場強度逐漸增大但未達到地閃雷擊的臨界電場強 度時，匯聚到該防雷金屬放電針頂端的感應(yīng)電荷在針頂端附近的電場強度已超 過擊穿空氣的電場強度而產(chǎn)生尖端放電，實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的提前持久放電 的防雷過程。
實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的提前持久放電的防雷過程，就是使地電荷的定向移 動自大地經(jīng)該防雷設(shè)備的接地金屬體、受感金屬球狀體、防雷金屬放電針，最 后從該放電針頂端的氣體電路遷移往上空，同時，空間電荷反其道而行之。
本發(fā)明的防雷設(shè)備包括防雷金屬放電針，其特征是防雷金屬放電針、受 感金屬球狀體、接地金屬體自上而下依次連接構(gòu)成。
防雷金屬放電針是底端聯(lián)接受感金屬球狀體的上表面的金屬棒狀體，包括 帶尖端的或不帶尖端的金屬棒狀體、金屬塔狀體或金屬錐狀體，數(shù)量為1根至 50根。
受感金屬球狀體包括實心或空心的受感金屬球狀體，其數(shù)量為l個至8個。 受感金屬球狀體的平均半徑是防雷金屬放電針頂端的平均半徑的3至1000倍。
受感金屬球狀體的下表面聯(lián)接有附屬金屬支持桿。 接地金屬體是樓房鋼筋結(jié)構(gòu)體。
接地金屬體是由樓頂?shù)慕饘偎w與樓房鋼筋結(jié)構(gòu)體聯(lián)接的共構(gòu)體。 實現(xiàn)本防雷方法發(fā)明相應(yīng)的基本的防雷設(shè)備(以下簡稱本防雷設(shè)備)，是具 有由防雷金屬放電針、受感金屬球狀體、接地金屬體等三種部件自上而下依次 連接而成的防雷設(shè)備，其為實現(xiàn)本發(fā)明的兩個電學(xué)過程的載體。在雷云電荷電場中，利用靜電感應(yīng)這一自然規(guī)律，使受感金屬球狀體的上表面產(chǎn)生異號電荷， 這些電荷在電場力作用下匯聚到底端聯(lián)接著受感金屬球狀體上表面的指向上空 的防雷金屬放電針的頂端，隨著雷云電荷的電場強度的不斷增大，防雷金屬放 電針的頂端的積聚電荷也不斷增多，此處附近的電場強度也不斷增大，當此處
附近的局部電場強度超過擊穿空氣的電場強度20~25千伏/厘米時，此處附近 就開始產(chǎn)生持久的尖端放電；該尖端放電的電流由大地依次經(jīng)過接地金屬體、
受感金屬球狀體，防雷金屬放電針進入該放電針頂端的氣體電路，氣體電路的 長度就是尖端放電時被擊穿的空氣長度，通過氣體電路后的地電荷，在電場力 和對流空氣的推動力的共同作用下遷移往上空，同時，電性與地電荷相反的空 間電荷則反其道而行之，即從氣體電路依次經(jīng)防雷金屬放電針、受感金屬球狀
體、接地金屬體而進入大地；這一過程就是防雷設(shè)備不耗能的提前持久放電的
防雷過程。在每一次發(fā)生雷云的過程中，在雷云電荷的電場強度未達到+300千 伏/米或-500千伏/米之前，本發(fā)明的相應(yīng)的防雷設(shè)備就自動提前產(chǎn)生數(shù)分鐘以
上乃至數(shù)小時以上的電流強度很小的尖端放電；這種尖端放電，是空間電荷與
地電荷在人為設(shè)置的防雷設(shè)備的電路中發(fā)生，在其附近數(shù)十米半徑的范圍內(nèi)就 不會有雷擊發(fā)生，從而達到了較好的防雷的目的。
本方法發(fā)明之所以不消耗任何人工創(chuàng)造的能源而能夠在雷云發(fā)生地閃雷擊 之前就提前產(chǎn)生持久的放電，使地電荷與空間電荷中和而達到防雷的效果，是 因為利用一系列的自然規(guī)律和借助于具有特定的電路結(jié)構(gòu)的防雷設(shè)備來實現(xiàn)
的。說明如下(一)雷云是由積云逐漸發(fā)展形成的，其產(chǎn)生雷電的機理較復(fù)雜，
在此不宜多述，但雷云的電荷電場強度在長達數(shù)小時仍至十小時以上的發(fā)展過
程才能達到產(chǎn)生地閃雷擊的臨界電場強度，通常負雷擊的臨界擊穿強度為-500 千伏/米，而罕見的正雷擊則為+300千伏/米。地面上的空氣擊穿電場強度(在 l個標準大氣壓、25。C的氣溫中)是20~25千伏/厘米。(二)實現(xiàn)本方法發(fā)明 的避雷設(shè)備，其最基本的結(jié)構(gòu)特征是由防雷金屬放電針、受感金屬狀球體、接 地金屬體自上而下依次連接。利用靜電感應(yīng)，使受感金屬球狀體的在雷云電場中受感應(yīng)而在上表面產(chǎn)生與雷云電荷異號的感應(yīng)電荷，而與雷云同號的電荷則
從該球體經(jīng)接地金屬體流入大地深處；該球面上的感應(yīng)電荷一方面互相排斥， 另一方面又受雷云電荷的吸引，其結(jié)果必然匯集于防雷金屬放電針的頂端，使 此處的面電荷密度總是比周圍任何地方的面電荷密度大數(shù)十倍乃至數(shù)千倍以 上。由于雷云的電荷越來越多，其在地表上面的電場強度越來越大，該球體上 表面上的感應(yīng)電荷也越來越多，匯聚到該放電針頂端的感應(yīng)電荷也越來越多。 這樣一來，放電針頂端的電荷在其頂端附近空間產(chǎn)生的電場強度就會在雷云電
荷在地表面上的電場強度未達到正300千伏/米或負500千伏/米之前，就已超 過地表上的空氣擊穿電場強度(20 - 25千伏/厘米)，產(chǎn)生尖端放電，使地電荷 從大地經(jīng)接地金屬體、受感金屬球狀體、防雷金屬放電針，最后從針端的被擊 穿的氣體電路流往上空，同時，空間電荷反其道行之。這一系列的電學(xué)過程所 消耗的能量是雷云電荷的電場能量。這一系列電學(xué)過程是利用靜電感應(yīng)、尖端 放電、電荷同號相排斥，異號相吸引，正負電荷互相接觸則中和等一系列電學(xué) 現(xiàn)象規(guī)律和借助于上述的防雷設(shè)備的各個部件來實現(xiàn)的。
本防雷設(shè)備是依據(jù)本防雷方法發(fā)明的兩個電學(xué)過程的共同實現(xiàn)來綜合設(shè)計 創(chuàng)造的，這兩者之間存在著必然的唯一的因果關(guān)系，也存在著相輔相成的關(guān)系。 因此，要實現(xiàn)本防雷方法發(fā)明，必須具有由防雷金屬放電針、受感金屬球狀體、 接地金屬體等三個部件自上而下依次連接而成的防雷設(shè)備。
本防雷方法發(fā)明比現(xiàn)有的避(防)雷方法、比不能自動提前放電的防雷方 法都較先進，不但防雷效果較好，防雷半徑較大，而且本發(fā)明的防雷設(shè)備的結(jié) 構(gòu)簡單，其組裝、制造都很容易，又牢固耐用，還可以起到裝飾和標志的作用。 由于本防雷方法的防雷過程的防雷電流，相對通過富蘭克林避雷針的雷電電流
而言是微不足道的，故本發(fā)明的防雷設(shè)備不必設(shè)置設(shè)置傳統(tǒng)的"接地極體"；由
于本防雷方法相應(yīng)的防雷設(shè)備的受感金屬球狀體本身沒有可聚積感應(yīng)電荷的棱 角，故可充分保障底端聯(lián)接于其上表面的防雷金屬放電針的頂端聚積有足夠多 的感應(yīng)電荷，由于受感金屬球狀體的平均半徑是防雷金屬放電針頂端的平均半
7防雷金屬放電針的頂端都會在雷云電荷在地表 面上產(chǎn)生的電場強度達到+30千伏/米和-50千伏/米時就可產(chǎn)生不能耗能的提前 持久放電防雷過程。雖然本發(fā)明的不耗能的提前放電的平均電流比起雷電流來 說是微不足道的，但是， 一次閃電的時間只是一瞬間，只有數(shù)十微秒，比起本 發(fā)明的不耗能的提前放電的長達數(shù)十分鐘甚至數(shù)小時來說，閃電的時間是微不 足道的。 一場雷暴雨過程中，本發(fā)明的不耗能的提前放電向上空輸送地電荷的 數(shù)量，比一次強閃電的電荷總量多數(shù)倍。本發(fā)明的防雷設(shè)備適用于常規(guī)建筑物 的防雷，也適用于易燃易爆物品的生產(chǎn)廠家和倉庫的防雷，以及各種公共建筑 物的防雷。


以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。 圖1為本發(fā)明防雷設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中各部份名稱1、防雷金屬放電針，2、受感金屬球狀體，3、接地金屬 體，4、大地。
具體實施例方式
本發(fā)明防雷設(shè)備的實施例結(jié)構(gòu)為由防雷金屬放電針1、受感金屬球狀體2、 接地金屬體3三種部件自上而下依次連接而成。
一種制作過程為將一根較長的金屬棒貫穿過一個金屬球狀體并固定，接 著，使該金屬棒的凸出于球體下表面以下的那一部份(附屬金屬支持桿)與該 樓房的鋼筋結(jié)構(gòu)體的上部進行聯(lián)接，也可以先與金屬塔體的上端進行聯(lián)接，再 將該塔體的底端與該樓房的鋼筋結(jié)構(gòu)體的上部進行聯(lián)接。這樣做就組裝制造成 了 一套本發(fā)明的防雷設(shè)備該金屬棒突出于金屬球體上表面的這一部份就成為 防雷金屬放電針1,對體積很大的受感金屬球狀體2的上表面聯(lián)接的防雷金屬放 電針1可以有若干根，如刺猬狀，但一般用1~50根為宜；該金屬球體就成為 受感金屬球狀體2，受感金屬球狀體可以l個，也可以多個串聯(lián)， 一般宜用1~ 8個。該樓房的鋼筋結(jié)構(gòu)體就成為接地金屬體3。本發(fā)明的防雷設(shè)備的接閃器由
8防雷金屬放電針與受感金屬球狀體聯(lián)接而成。
本防雷設(shè)備的防雷過程是在雷云電荷電場中，受感金屬球狀體2受雷云 電荷感應(yīng)而在其上表面產(chǎn)生異號電荷，在電場力的作用下匯聚到防雷金屬放電 針的頂端上面，當雷云電荷在地表面的電場強度增大到+30千伏/米或-50千伏/ 米時(遠未達到+300千伏/米或-500千伏/米)，金屬放電針的頂端的電荷在其 附近的電場強度超過了擊穿空氣的電場強度(20~25千伏/厘米)，就產(chǎn)生了提 前持久的尖端放電，實現(xiàn)了空間電荷與地電荷在人為設(shè)置的本防雷設(shè)備的電路 上相互中和，即地電荷由大地經(jīng)過接地金屬體3、受感金屬球狀體2、防雷金屬 放電針l，繼而由該放電針頂端的氣體電路遷移往上空，而空間電荷則反其道而 行之。本防雷設(shè)備的這種實施例就能共同實現(xiàn)了本防雷方法發(fā)明的兩個電學(xué)過 程。
權(quán)利要求
1、一種不耗能的提前持久放電的防雷方法，其特征是由以下的兩個電學(xué)過程共同實現(xiàn)①在雷云電荷電場中防雷設(shè)備的受感金屬球狀體受感應(yīng)而產(chǎn)生的與雷云電荷異號的感應(yīng)電荷匯聚到底端聯(lián)接在其上表面并指向上空的防雷金屬放電針的頂端，該受感金屬球狀體受感應(yīng)而產(chǎn)生的與雷云電荷同號的感應(yīng)電荷則經(jīng)防雷設(shè)備的接地金屬體流入大地，實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的靜電感應(yīng)過程；②雷云電荷在地表上的電場強度逐漸增大但未達到地閃雷擊的臨界電場強度時，匯聚到該防雷金屬放電針頂端的感應(yīng)電荷在針頂端附近的電場強度已超過擊穿空氣的電場強度而產(chǎn)生尖端放電，實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的提前持久放電的防雷過程。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的不耗能的提前持久放電的防雷方法，其特征是 實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的提前持久放電的防雷過程，就是使地電荷的定向移動自 大地經(jīng)該防雷設(shè)備的接地金屬體、受感金屬球狀體、防雷金屬放電針，最后從 該放電針頂端的氣體電路遷移往上空，同時，空間電荷反其道而行之。
3、 一種防雷設(shè)備，包括防雷金屬放電針，其特征是防雷金屬放電針(l)、 受感金屬球狀體(2)、接地金屬體(3)自上而下依次連接構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的防雷設(shè)備，其特征是防雷金屬放電針(1)是 底端聯(lián)接受感金屬球狀體(2)的上表面的金屬棒狀體，包括帶尖端的或不帶 尖端的金屬棒狀體、金屬塔狀體或金屬錐狀體，數(shù)量為1根至50根。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的防雷設(shè)備，其特征是受感金屬球狀體(2)包 括實心或空心金屬球狀體，其數(shù)量為1個至8個。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的避雷設(shè)備，其特征是受感金屬球狀體(2)的 平均半徑是防雷金屬放電針(1)頂端的平均半徑的3至1000倍。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的避雷設(shè)備，其特征是受感金屬球狀體(2)的下表面聯(lián)接有附屬金屬支持桿。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的防雷設(shè)備，其特征是接地金屬體(3)是樓房鋼筋結(jié)構(gòu)體。
9、根據(jù)權(quán)利要求3所述的防雷設(shè)備，其特征是接地金屬體(3)是由樓 頂?shù)慕饘偎w與樓房鋼筋結(jié)構(gòu)體聯(lián)接的共構(gòu)體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種不耗能的提前持久放電的避雷方法及設(shè)備。通過受感金屬球狀體受感應(yīng)而產(chǎn)生的與雷云電荷異號的感應(yīng)電荷匯聚到底端并指向上空的金屬放電針的頂端，該受感金屬球狀體受感應(yīng)而產(chǎn)生的與雷云電荷同號的感應(yīng)電荷則經(jīng)防雷設(shè)備的接地金屬體流入大地，實現(xiàn)防雷設(shè)備不耗能的靜電感應(yīng)過程；雷云電荷在地表上的電場強度增大時，匯聚到放電針頂端的感應(yīng)電荷在針頂端附近的電場強度已超過擊穿空氣的電場強度而產(chǎn)生尖端放電實現(xiàn)不耗能的提前持久放電的防雷過程。防雷設(shè)備由金屬放電針、受感金屬球狀體、接地金屬體自上而下依次連接構(gòu)成。本發(fā)明不但防雷效果較好，防雷半徑較大，且設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，又牢固耐用，適用于常規(guī)各類建筑物的防雷。
文檔編號H01T19/00GK101499626SQ20091011391
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者莫文彩, 莫長錄, 莫長樹 申請人:莫文彩;莫長樹;莫長錄